本文在原复相钻井液循环模拟装置上，研究了复相钻井液流体流量、气流量、流体黏度以及外接压力、流体排出管路阻力等条件因素对模拟装置中原气液分离器分离效能的影响，得出了气液分离条件与气液分离效能的关系。结果显示，在低流体流量、高气流量时原气液分离器分离效能较低。为了提高原气液分离器分离效能，对原气液分离器的进液管、锥体、支管等分离器部件以及分离器筒体长度等结构参数进行了优化，研制出改进的气液分离器。模拟实验结果表明，以氮气、钻井液基浆为测试介质，气流量为500ml/min，原气液分离器在流体流量为0.98m3/h时分离效能为75%；改进的气液分离器在流体流量为0.94m3/h~0.98m3/h时分离效能提高到85%以上，分离效能显著提高且将原气液分离器流体流量范围扩宽。为再提高改进的气液分离器的分离效能，新设计制作了管柱式气液旋流分离器并用于复相钻井液循环模拟装置中，研究了复相钻井液流体流量、气流量、流体黏度对新的管柱式气液旋流分离器分离效能的影响。模拟试验结果显示，以氮气、钻井液基浆为模拟循环介质，气流量为100ml/min~500ml/min，流体流量为0.78m3/h~0.98m3/h时，新的管柱式气液旋流分离器分离效能达到90%，比改进的气液分离器及原气液分离器的分离效能更高，实现了气液分离效能提高10%以上，达到了进一步完善复相钻井液模拟装置之目的。